Chemie · Střední škola · kapitola 6
Anorganická chemie prvků
Systematická anorganická chemie prochází periodickou tabulkou skupinu po skupině. Vlastnosti prvků vyplývají z jejich elektronové konfigurace – a z vlastností plyne výskyt, výroba i použití.
1Názvosloví – přehled
- Binární sloučeniny: oxid uhličitý CO2, sulfid železnatý FeS, chlorid hlinitý AlCl3, hydrid sodný NaH, peroxid vodíku H2O2 (O−I).
- Hydroxidy: hydroxid vápenatý Ca(OH)2.
- Kyslíkaté kyseliny HxXyOz: z oxidačního čísla centrálního atomu dopočítáme kyslíky (kys. sírová: SVI → H2SO4; kys. chloristá: ClVII → HClO4). Předpony udávají počet vodíků (trihydrogenfosforečná H3PO4) a centrálních atomů (kys. disírová H2S2O7).
- Soli kyslíkatých kyselin – aniont má koncovku -an: síran sodný Na2SO4, dusičnan draselný KNO3, uhličitan vápenatý CaCO3, manganistan draselný KMnO4; hydrogensoli: hydrogenuhličitan sodný NaHCO3; hydráty: pentahydrát síranu měďnatého CuSO4 · 5 H2O.
- Komplexní sloučeniny: hexakyanoželeznatan draselný K4[Fe(CN)6], síran tetraamminměďnatý [Cu(NH3)4]SO4.
2Vodík, kyslík a voda
Vodík (1s1) je nejlehčí a ve vesmíru nejrozšířenější prvek (asi 75 % hmotnosti běžné hmoty). Bezbarvý hořlavý plyn; se vzduchem tvoří výbušnou třaskavou směs. Výroba: z methanu (parní reforming), elektrolýzou vody („zelený vodík“), v laboratoři Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2. Použití: syntéza amoniaku, ztužování tuků, palivo budoucnosti (palivové články). Izotopy protium, deuterium, tritium.
Kyslík je nejrozšířenější prvek zemské kůry (asi 46 %), ve vzduchu 21 %. Alotropie: O2 a ozon O3 (ve stratosféře pohlcuje UV, u země je to škodlivina smogu). Vyrábí se frakční destilací zkapalněného vzduchu, v laboratoři rozkladem H2O2 (katalyzátor MnO2) nebo KMnO4. Použití: medicína, hutnictví (výroba oceli), svařování.
Voda – polární molekula s vodíkovými vazbami; anomálie hustoty (max. při 3,98 °C). Peroxid vodíku H2O2 – 3% roztok k dezinfekci, koncentrovaný silné oxidační činidlo, bělení.
3s-prvky
Alkalické kovy (1. skupina: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
Valenční elektron ns1, oxidační číslo vždy +I. Měkké (dají se krájet nožem), lehké, velmi reaktivní – uchovávají se pod petrolejem. S vodou reagují za vzniku hydroxidu a vodíku (2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2), reaktivita roste ve skupině dolů. Barví plamen: Li karmínově, Na žlutě, K fialově.
- NaCl – kamenná sůl, surovina pro výrobu chloru a NaOH elektrolýzou solanky.
- NaOH, KOH – silné zásady, mýdla. Na2CO3 (soda) – výroba skla. NaHCO3 – jedlá soda, šumivé tablety.
- KNO3 (draselný ledek) – hnojivo, střelný prach. Lithium – Li-ion baterie.
Kovy alkalických zemin (2. skupina: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)
Konfigurace ns2, oxidační číslo +II, reaktivní, ale méně než alkalické kovy. Plamen barví Ca cihlově červeně, Sr karmínově, Ba zeleně (ohňostroje).
- Hořčík – lehké slitiny (letectví), součást chlorofylu; hoří oslnivě bílým plamenem.
- Vápník – vápencový cyklus: vápenec CaCO3 → (pálení, 900 °C) pálené vápno CaO + CO2; CaO + H2O → hašené vápno Ca(OH)2; tvrdnutí malty Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. Sádrovec CaSO4 · 2 H2O, kosti a zuby (fosforečnan vápenatý).
- Tvrdost vody – přechodná (hydrogenuhličitany, odstraní se varem – vzniká vodní kámen) a trvalá (sírany, chloridy).
- BaSO4 – nerozpustný, kontrastní látka při rentgenu trávicího traktu. Radium – radioaktivní (Curieovi, Jáchymov).
4p-prvky
| Skupina | Prvky | Důležité látky a použití |
|---|---|---|
| 13. (triely) | B, Al, Ga, In, Tl | Hliník – nejrozšířenější kov v kůře; výroba elektrolýzou taveniny Al2O3 v kryolitu (z bauxitu), lehký, na povrchu chráněn vrstvou oxidu (pasivace); fólie, plechovky, letadla, vodiče. Kyselina boritá (dezinfekce), borosilikátové sklo. |
| 14. (tetrely) | C, Si, Ge, Sn, Pb | Uhlík – diamant, grafit, fullereny; CO (jedovatý), CO2, uhličitany. Křemík – druhý nejrozšířenější prvek kůry; SiO2 (křemen, písek), křemičitany (jíly, živce), sklo, cement, polovodiče a solární články, silikony. Cín (pocínování, bronz), olovo (akumulátory, stínění záření; jedovaté). |
| 15. (pentely) | N, P, As, Sb, Bi | Dusík – 78 % vzduchu, velmi stálá molekula N≡N; amoniak NH3 (Haber-Bosch), kyselina dusičná (Ostwaldův proces – katalytická oxidace NH3), dusičnany (hnojiva, výbušniny), oxidy dusíku (smog). Fosfor – bílý (jedovatý, samozápalný, uchovává se pod vodou) a červený (zápalky); kyselina fosforečná, fosforečnany (hnojiva, DNA, ATP, kosti). Arsen – jedovatý. |
| 16. (chalkogeny) | O, S, Se, Te, Po | Síra – žlutá pevná látka (S8); sulfan H2S (jedovatý, zápach zkažených vajec), SO2 (kyselé deště, konzervace vína), kyselina sírová – výroba kontaktním způsobem: S → SO2 → SO3 (katalyzátor V2O5) → H2SO4; nejvyráběnější chemikálie (hnojiva, akumulátory), koncentrovaná dehydratuje a oxiduje. Selen – fotočlánky, stopový prvek. |
| 17. (halogeny) | F, Cl, Br, I, At | Konfigurace ns2 np5, silná oxidační činidla, reaktivita klesá ve skupině dolů (F2 nejreaktivnější). Fluor – fluoridy v zubních pastách, teflon, HF leptá sklo. Chlor – žlutozelený jedovatý plyn; dezinfekce vody, PVC, bělidla (chlornan sodný NaClO), HCl. Brom – jediný kapalný nekov. Jod – fialové páry, sublimuje; jodová tinktura, jodizace soli (prevence strumy), důkaz škrobu. |
| 18. (vzácné plyny) | He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn | Zaplněná valenční vrstva, velmi málo reaktivní (známe sloučeniny xenonu, např. XeF2). Helium – balóny, chlazení (supravodivé magnety MRI); neon – reklamní trubice; argon – ochranná atmosféra při svařování, žárovky; radon – radioaktivní plyn pronikající z podloží do domů (v ČR častý, rizikový faktor rakoviny plic). |
5d-prvky (přechodné kovy)
Postupně zaplňují orbitaly (n−1)d. Typické vlastnosti: kovy s vysokou teplotou tání a hustotou, více oxidačních čísel (Mn od II do VII), barevné sloučeniny (Cu2+ modrá, Fe3+ žlutohnědá, MnO4− fialová, Cr2O72− oranžová), tvorba komplexů a katalytická aktivita.
- Železo – nejpoužívanější kov; rudy hematit Fe2O3, magnetit Fe3O4, siderit FeCO3. Vysoká pec: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2; surové železo (3–4 % C) → zkujňování kyslíkem → ocel (pod 2 % C); legovaná ocel (Cr, Ni – nerez; W, V, Mn). Biologicky: hemoglobin.
- Měď – výborný vodič (kabely), slitiny mosaz (Cu + Zn) a bronz (Cu + Sn); na vzduchu zelená měděnka; modrá skalice – fungicid.
- Stříbro a zlato – ušlechtilé, šperky, mince, elektronika; AgBr (fotografie), stříbro má nejvyšší elektrickou vodivost. Zlato rozpouští jen lučavka královská (HCl : HNO3 = 3 : 1) a kyanidy.
- Zinek – pozinkování, baterie; chrom – chromování, nerezová ocel; sloučeniny CrVI jsou karcinogenní; mangan – KMnO4 (hypermangan, oxidační činidlo, dezinfekce).
- Titan – lehký, pevný a odolný (letectví, implantáty), TiO2 – bílý pigment; wolfram – nejvyšší teplota tání kovů (3 422 °C), vlákna žárovek.
- Rtuť – jediný kapalný kov; páry jsou jedovaté; dříve teploměry, zubní amalgám.
- Platinové kovy (Pt, Pd, Rh) – katalyzátory v autech a chemickém průmyslu.
Lanthanoidy (vzácné zeminy) – silné magnety (neodym), luminofory obrazovek, katalyzátory; aktinoidy – všechny radioaktivní: uran (jaderné palivo, v ČR se těžil v Jáchymově a Dolní Rožínce), plutonium.
Komentáře a dotazy
Načítám komentáře…